醫療保健是3D打印技術應用擴散最快的領域之一。事實上，迄今為止，3D打印已經成為用于制造為特定患者定制的助聽器和牙科矯形器的主導技術。而且越來越多的醫生開始利用3D打印技術為患者量身定制植入物和用于顱頜面（CMF）重建和膝、 髖關節置換的裝置。當然，這只是增材制造在醫療領域應用的開始，人們的目標之一是要實現3D打印器官和針對不同的患者開發個性化的藥物。
在醫療保健領域，正在將3D打印用于醫療產品制造的知名公司之一是強生公司，該公司是不折不扣的巨無霸，其在全球57個國家擁有250家子公司，總市值高達3238億美元。據了解，該公司的3D打印骨科植入物幾年前就已經出現在了市場上。除此之外，強生公司還在跟3D打印領域的一些知名企業，比如惠普、Carbon、3D Systems、Organovo及Materialise等進行合作。
近日，有行業媒體采訪了這家巨無霸，全面了解了3D打印技術在該公司的應用現狀與未來相關計劃。
3D打印醫療植入物及裝置
3D打印技術最早一直是制造商在產品設計過程的一種原型手段。但是幾年前，強生公司下屬的DePuy Synthes公司就已經開始使用該技術來為特定病人定制醫療器械和植入物了。
“我們在骨科市場有一個被稱為TRUMATCH的產品線，其中包括了用于CMF手術的植入物和手術導板，以及用于膝關節的截骨導板，這些如今都已經實現了個性化。這些個性化的裝置往往具有復雜的幾何形狀，可以根據CFM手術的實際需求按需提供。”強生公司制造工程與技術全球副總裁Joseph Sendra說。
TRUMATCH CMF使用病人的CT掃描數據，然后臨床工程師可以據此創建基于特定患者的植入物和手術導板。除了植入物能夠與病人的解剖結構相匹配可以減少并發癥之外，手術導板也能夠在手術過程中幫助指導醫生切骨和準確定位植入物，從而使醫生能夠減少手術過程中的不確定性，并減少手術時間。這些定制化的植入物復雜的幾何形狀往往只有使用3D打印才能夠實現。
其TRUMATCH Knee同樣是根據患者腿部的CT數據來制造個性化的膝關節手術導板。這一過程是跟3D Systems公司合作完成的，兩家公司已經建立了長期合作關系。其中所有的外科導板設計、與外科醫生的溝通和整個產品生命周期管理，都由該公司設在美國印第安納州的一個專門小組來負責。設計的電子文件經過外科醫生批準后，會被安全地傳送給3D Systems公司3D打印出來，然后送回到DePuy Synthes進行最后的組裝、殺菌和裝運。
今年早些時候，DePuy Synthes TRUMATCH CMF宣布擴大與Materialise的合作伙伴關系。在此之外，Materialise已經在為DePuy Synthes制造針對特定患者的手術導板，如今它還將為后者供應針對特定患者的顱頜面（CMF）植入物。這些植入物將通過DePuy Synthes TRUMATCH CMF Solutions公司在澳大利亞和歐洲（不包括法國）出售。
除此之外，Materialise公司的ProPlan CMF規劃軟件也是為TruMatch CMF開發的，它可以使得該公司的臨床工程師在一個虛擬環境中配合醫生制訂手術前計劃、定義植入物的形狀、并設計手術導板，然后生成輸出文件，該文件可以被發送到3D打印機中，制造出解剖模型或手術導板。通過與DePuy Synthes TRUMACTH CMF的合作，Materialise公司同樣改進了其 ProPlan CMF和Mimics軟件的術前規劃能力，使外科醫生能在手術前優化他們的規劃，提升他們在手術室里的精度和效率。
用于醫學的下一代3D打印技術
客觀地說，要在各個行業中得到廣泛的應用，3D打印技術還有許多障礙需要克服。醫療行業也一樣，這可能是強生為什么要選擇兩家公司來解決與3D打印相關問題的原因吧。這兩家公司就是Carbon和惠普。不過該公司并沒有披露詳細的情況。
眾所周知，Carbon公司的連續液界面制造（CLIP）技術從兩大方面顛覆了3D打印行業——打印速度和材料開發。CLIP技術可以在不到十分鐘內打印完成一個3D對象，而且用CLIP技術制造的3D打印件在經過熱固化后會變得更強，從而導致其機械性能類似于注塑成型部件。
今年早些時候，強生公司的兩大子公司強生創新（Johnson & Johnson Innovation）和強生制藥公司公布了在消費、醫療設備和制藥領域的21個合作伙伴，而Carbon被宣布為其在定制化外科手術設備制造方面的合作伙伴。
Sendra并沒有披露強生公司會如何使用CLIP技術，但是毫無疑問這項技術為實現隔天甚至當天交付3D打印的手術導板打開了大門，從而大幅縮減了手術規劃與手術之間的時間間隔。而且，想象一下，如果手術裝置能夠在10分鐘內制造完成的話，那就是說醫生在手術過程中想要什么裝備都能夠即時得到。當然，無論強生公司怎么想，他們在手術中使用的材料、工藝和部件都要經過FDA的批準。
而惠普新推出的多射流熔融（MJF）3D打印設備則具備制造批量對象的能力，而且這些3D對象的強度也足以媲美那些注塑成型的零部件。由于MJF技術能夠將功能性墨水沉積到3D打印的零部件當中，惠普的目標是制造出一種3D打印機，這種3D打印機可以沉積導電介質，從而打印出植入式傳感器。
強生公司同樣沒有公開他們將如何使用MJF技術，但是該公司在今年早些時候惠普剛剛推出MJF 3D打印機的時候就公布了雙方的合作關系。而且，Sendra說得很清楚，既與Carbon和惠普的合作目標就是為了實現個性化的醫療，打造針對特定病人的個性化醫療設備和相關軟件。
生物和藥物發現
2014年，強生公司的藥物發現子公司楊森研發（Janssen Research and Development，JRD）就開始與迄今唯一上市的3D生物打印公司Organovo就初步合作展開討論。據當時提交給美國證券交易委員會的文件顯示，JRD將會與Organovo一起“評估在藥物發現環境中3D生物打印組織的使用。”
Organovo主要使用其NovoGen MMX 生物打印機擠出人體組織細胞和水凝膠，使其根據預訂的3D形狀形成結構，然后再放入孵化器使組織融合在一起。該公司的愿景是實現3D打印可移植的完整器官。但是在短期內，3D打印人體組織會讓制藥公司能夠在更接近于實際的生物環境中進行藥物測試。
Sendra介紹說，目前該公司主要依靠各種其他解決方案來測試藥物療效，包括“2D細胞培養、尸體、人體組織和人體臨床試驗等。”他解釋說，“你可以想像得到那些非常復雜的審批程序，以及十分復雜的測試過程。”
然而，3D打印的組織會比現有的2D細胞培養更類似于人類患者組織。它們因此可以提供關于一種化學成分如何作用的更為準確的信息，從而加快藥物發現過程。“這主要跟時間有關。”他補充說“你能更快地了解什么有用、什么沒用。對于像我們這樣的公司來說，這是非常令人興奮的領域。”據天工社所知，Organovo已經通過羅氏制藥研發部門的一次實驗表明，3D打印的人類肝細胞能夠比2D細胞培養更好地評估藥物毒性。
Sendra繼續說：“這項技術的價值還在于它提供了一條通向真正活體組織的道路。直到今天，我們沒有其它選擇，沒有任何一種其它方式能夠做到。最終，它將能夠這種生物打印的組織更多地用于藥物發現。想象一下，如果你可以通過使用替代的組織而非人體測試來加速藥物發現，那將是一個什么樣的情形？”
以病人為中心的產品戰略
盡管這家醫療巨頭究竟要如何使用3D打印技術的細節可能還不明朗，但是綜上所述，強生公司似乎是要通過3D打印技術的應用實現其以病人為中心的產品戰略。Sendra進一步暗示3D打印可以通過分布式制造的方式來為患者量身定制產品，同時降低成本，縮短公司與患者之間的距離。
他總結道：“目前我們很難完全了解這一技術將帶來什么，但是可以肯定的是，這是一個真正不同的未來。這一制造技術使我們能夠以一種非常、非常不同的方式去思考未來。”